烏克蘭的殺手級無人機如何擊敗俄羅斯的干擾

烏克蘭6月1日對多個俄羅斯軍事基地的襲擊摧毀或損壞了多達41架俄羅斯飛機，其中包括該國一些最先進的轟炸機。據估計，損失總額從 20 億美元到 70 億美元不等。據稱，烏克蘭的行動計劃了一年半，但其復雜性異常特殊：據報道，烏克蘭特工通過卡車將數十架第一人稱攻擊無人機走私到俄羅斯，將它們放置在目標飛機在停機坪上容易受到攻擊的空軍基地附近。這些基地包括一個位于距離烏克蘭 4,300 公里的伊爾庫茨克，另一個位于距離烏克蘭 1,800 公里的摩爾曼斯克南部。烏克蘭的遠程飛行員隨后同時發射了殺手級無人機。這場影響深遠的行動被譽為迄今為止戰爭中最有創意和最大膽的行動。事實上，IEEE Spectrum 一直在定期報道烏克蘭軍用無人機計劃的進展，包括進攻和防御，以及空中、海洋和陸地任務。在這篇文章中，最初發布于 4 月 6 日，我們描述了另一項大膽的烏克蘭無人機計劃，該計劃正在應用基于人工智能的導航軟件，使殺手級無人機即使在存在嚴重干擾的情況下也能導航到目標。

愛沙尼亞初創公司 KrattWorks 于 2022 年年中向烏克蘭派遣了第一批 Ghost Dragon ISR 四軸飛行器后，該公司的官員認為他們可能有六個月左右的時間需要重新構思無人機以應對新的戰場現實。46 厘米寬的飛行器比后來定義對俄羅斯無人機戰爭早期的業余愛好者級無人機要堅固得多。但在短短的三個月內，愛沙尼亞團隊意識到他們精心調整的設備已經過時了。

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干擾和欺騙是抵御無人機攻擊的唯一有效防御措施，干擾和欺騙的快速發展使該團隊踏上了一場永無止境的創新馬拉松。它的最新技術是神經網絡驅動的光學導航系統，即使所有無線電和衛星導航鏈路都受到干擾，無人機也能繼續執行任務。它于 12 月開始在烏克蘭進行測試，這是抗干擾、自主 UAV（無人駕駛飛行器）趨勢的一部分。這些新飛行員預示著無人機與電子戰的干擾和欺騙的無休止斗爭的另一個階段，電子戰旨在切斷無人機與其作員之間的聯系。現在有數以萬計的干擾器橫跨戰爭的前線，抵御無人機，這些無人機不僅會殺死士兵，還會摧毀裝甲車、其他無人機、工業基礎設施，甚至坦克。

在 2024 年烏克蘭基輔附近的測試期間，一名技術人員準備發布配備 Auterion 軟件的無人機。 賈斯蒂娜·米爾尼凱維奇

“電子戰的情況發展得非常快，”KrattWorks 的聯合創始人兼首席運營官 Martin Karmin 說。“我們必須不斷迭代。這就像一場貓捉老鼠的游戲。

我在愛沙尼亞首都塔林郊區的公司總部見到了 Karmin。向東僅幾百公里處是這個小國與俄羅斯的邊界，俄羅斯是它的前壓迫者。38 歲的 Karmin 還不到記得俄羅斯統治下的生活是什么樣子的年紀，但他聽說過很多。他和他的同事們，其中大多數是愛沙尼亞國防聯盟（Estonian Defense League）的志愿者成員，他們對俄羅斯“不抱任何幻想”，他聳聳肩說。

他承認，他的公司既是幫助烏克蘭，也是武裝愛沙尼亞。當然，愛沙尼亞并未正式與俄羅斯交戰，但多年來，兩國邊境附近地區一直受到衛星導航系統（如歐盟伽利略衛星）的持續干擾，迫使塔爾圖機場偶爾取消航班。11 月，衛星圖像顯示，俄羅斯正在波羅的海國家邊境擴建其軍事基地。

“我們是一個小國家，”Karmin 說。“創新是我們唯一的機會。”

通過神經網絡導航

在 KrattWorks 寬敞的白墻車間里，幾名工程師正在測試軟件。在占據房間的大型赭石桌上，展示了 KrattWorks 的精選設備，包括幾架用作空中誘餌的固定翼煙色無人機，以及該公司的旗艦產品 Ghost Dragon ISR 四軸飛行器。

現在是第三代，Ghost Dragon 自 2022 年以來已經走過了漫長的道路。它最初的命令和控制頻段無線電很快被智能跳頻系統所取代，該系統不斷掃描可用頻譜，尋找沒有干擾的頻段。它允許作員在六個無線電頻段之間切換以保持控制，即使在面對敵對干擾時也能發回視頻。

Krattworks 的 Ghost Dragon 偵察無人機可以通過檢測飛過的地標來自主導航。 克拉特工廠

無人機的雙頻衛星導航接收器可以在四種主要衛星定位服務之間切換：GPS、Galileo、中國的北斗和俄羅斯的 GLONASS。它通過防欺騙算法進行了增強，該算法將衛星導航輸入與來自機載傳感器的數據進行比較。該系統提供保護，防止復雜的欺騙攻擊，這些攻擊試圖通過說服無人機飛行的高度比實際高度高得多來誘騙無人機自毀。

四軸飛行器啞光灰色機身的核心是一臺支持機器視覺的計算機，運行 1 GHz Arm 處理器，為 Ghost Dragon 提供了最新的超能力：無需訪問任何全球導航衛星系統 （GNSS） 即可自主導航的能力。為此，計算機運行一個神經網絡，該網絡就像老式旅行者一樣，將地標的視圖與地圖上的位置進行比較，以確定其位置。更準確地說，無人機使用來自向下光學相機的實時視圖，將它們與存儲的衛星圖像進行比較，以確定其位置。

“即使它迷路了，它也可以識別一些模式，比如十字路口，并更新它的位置，”Karmin 說。“它可以在某種程度上做出自己的決定，要么返回家園，要么飛過干擾氣泡，直到它能夠再次重建 GNSS 鏈接。”

設計具有高單位成本殺傷力的無人機

正如機槍和坦克定義了第一次世界大戰一樣，無人機已成為烏克蘭對抗俄羅斯的象征。正是被圍困的烏克蘭首次顛覆了軍用無人機的概念。烏克蘭開始購買大量價值幾百美元的現成傳單——電影制作人和愛好者使用的那種——并將它們變成高度致命的武器，而不是每個價值數千萬美元的捕食者和收割者。《紐約時報》最近的一項調查發現，在持續的沖突中，無人機占死傷人數的 70%。

“我們的火炮比俄羅斯少得多，所以我們不得不用無人機來補償，”總部位于基輔的電子戰公司 Kvertus 的商務總監 Serhii Skoryk 說。“一枚導彈可能價值 100 萬美元，可能殺死 12 或 20 人。但花 100 萬美元，你可以買 10,000 架無人機，每架無人機上放四枚手榴彈，它們會殺死 1,000 甚至 2,000 人或摧毀 200 輛坦克。

在哈爾科夫州的俄羅斯邊境附近，一名烏克蘭士兵為 2025 年 1 月 16 日的襲擊準備第一人稱視角無人機。何塞·科隆/阿納多盧/蓋蒂圖片社

干擾和欺騙等電子戰技術旨在消除無人機威脅。如果無人機被卡住并與飛行員失去聯系，并且還失去了空間方位，那么它要么墜毀，要么隨機飛走，直到電池耗盡。根據英國國防智庫皇家聯合軍種研究所的數據，烏克蘭每月可能損失約 10,000 架無人機，主要是由于干擾。這個數字包括無法到達目標的裝滿爆炸物的神風敢死隊無人機，以及像 KrattWorks 的 Ghost Dragon 這樣的監視和偵察無人機，旨在延長服役時間。

“無人機已經成為一種消耗品，”Karmin 說。“你可能會從偵察無人機中獲得 10 到 15 個任務，然后它必須已經得到回報，因為你遲早會失去它。”

俄羅斯在 2024 年夏天邁出了意想不到的一步，放棄了復雜的無線控制，轉而使用配備光纖線軸的硬接線無人機。

因此，沖突雙方的技術人才一直在努力規避電子防御。從 2024 年初開始，俄羅斯采取了意想不到的一步，部署了裝有光纖線軸的硬接線無人機。就像兒童風箏上的扭曲變體一樣，致命的無人機可以在距離控制器 20 公里或更遠的地方冒險，細如發絲的光纖漂浮在它們身后，提供不受干擾的連接。

“目前，沒有針對光纖無人機的保護措施，”烏克蘭無人機初創公司 Huless 的聯合創始人 Vadym Burukin 告訴 IEEE Spectrum。“俄羅斯人很快就擴展了這個解決方案，現在他們正在用這些無人機使戰線飽和。這對烏克蘭來說是一個巨大的問題。

無人機作員擊敗電子干擾的一種方法是通過光纖線路與無人機通信，該光纖線路在無人機飛行時從線軸中支付。這是俄羅斯部隊喜歡的一種策略，盡管這架特殊的第一人稱視角無人機是烏克蘭的。它于 2025 年 1 月 29 日在基輔附近進行了演示。埃弗雷姆·盧卡茨基/美聯社

烏克蘭也嘗試了光纖，但這項技術并沒有像現在這樣起飛。“光纖的成本從 500 美元起，在許多情況下，這比無人機本身還要高，”Burukin 說。“如果你在攜帶炸藥的無人機中使用它，你會失去一些容量，因為你有電纜的重量。”額外的重量也意味著偵察無人機中質量更好的相機、傳感器和計算機的容量會減少。

小型無人機可能很快就會做出殺或不殺的決定

相反，烏克蘭看到了自主導航的未來。今年 7 月，美國供應商 Auterion 配備自主導航系統的神風敢死隊無人機摧毀了一列裝有干擾裝置的俄羅斯坦克。

“打擊這些坦克真的很難，因為它們會堵塞所有東西，”Burukin 說。“帶有自動駕駛儀的無人機是唯一可以阻止他們的設備。”

Auterion 的“終端制導”系統使用已知的地標來定位無人機，因為它正在尋找目標。 奧特里昂

Auterion 首席執行官 Lorenz Meier 表示，用于打擊這些坦克的技術稱為終端制導，是邁向智能、完全自主無人機的第一步。該系統允許無人機直接克服干擾，無論受保護的目標是坦克、戰壕還是軍用機場。

“如果你在一公里外鎖定目標，并且在接近目標時被卡住，那沒關系，”Meier 在接受采訪時說。“你不會像手動作員那樣失去目標。”

KrattWorks 試用的視覺導航技術是下一步，也是一項今年才進入戰場的創新。Meier 預計，到 2025 年底，包括他自己的公司將推出完全自主的解決方案，包括視覺導航以克服 GPS 干擾，以及終端引導和智能目標識別。

“作員只會決定打擊的區域，但關于目標的決定是由無人機做出的，”Meier 解釋說。“它已經用制導炮彈完成了，但有了無人機，你可以在大規模和更遠的距離上做到這一點。”

Auterion 成立于 2017 年，旨在為雜貨配送等民用應用生產無人機軟件，并于 2024 年初投身戰爭，其動機是為民主國家配備技術，幫助他們抵御專制政權。從那時起，該公司與烏克蘭無人機制造商和部隊密切合作，取得了長足的進步。

“一枚價值 100 萬美元的導彈可能殺死 12 或 20 人。但花 100 萬美元，你可以買 10,000 架無人機，每架無人機上放四枚手榴彈，它們會殺死 1,000 甚至 2,000 人或摧毀 200 輛坦克。—Serhii Skoryk，Kvertus

但從長遠來看，烏克蘭無法承受購買西方設備的費用，該國的人均 GDP 為 5,760 美元，遠低于歐洲 38,270 美元的平均水平。幸運的是，烏克蘭可以利用其工程勞動力，這是歐洲最大的勞動力之一。戰前，烏克蘭是希望建立 IT 和軟件開發中心的西方公司的首選之地。這些工人中的許多人后來加入了烏克蘭的 DIY 軍事技術員 （“miltech”） 發展運動。

一家生產遠程神風敢死隊無人機的烏克蘭初創公司的一名工程師和創始人出于安全考慮不愿透露姓名，他告訴 Spectrum，該公司開始開發自己的計算機和自主導航軟件，用于目標跟蹤，“只是為了降低價格”。這位工程師表示，烏克蘭初創公司提供先進的軍用無人機技術，而價格只是西方老牌競爭對手收費的一小部分。

在 2022 年 2 月俄羅斯入侵烏克蘭后的三年內，烏克蘭產生了一個世界級的國防技術生態系統，不僅吸引了西方創新者加入，而且經常超越他們。烏克蘭成功的關鍵是快速迭代和與前線部隊的密切合作。這個公式也適用于 Auterion。“如果你想打造一款領先的產品，你需要在最需要產品的地方，”Meier 說。“這就是我們在烏克蘭的原因。”

來自烏克蘭初創公司 Huless 的 Burukin 認為，自主性在未來的無人機戰爭中將發揮比俄羅斯光纖更大的作用。自主無人機不僅可以逃避干擾，而且它們的航程僅受電池存儲的限制。與有線無人機相比，它們還可以攜帶更多的炸藥或更好的攝像頭和傳感器。最重要的是，他們對作員的要求不高。

“在理想情況下，無人機應該起飛、飛行、找到目標、打擊目標并報告任務，”Burukin 說。“這就是發展的方向。”

貓捉老鼠的游戲遠未結束。包括 KrattWorks 在內的公司已經在考慮下一項創新，這將使無人機戰更便宜、更具殺傷力。例如，通過創建無人機網狀網絡，他們可以派遣一架復雜的情報、監視和偵察無人機，然后是一群更簡單的神風敢死隊無人機，以使用視覺導航來查找和攻擊目標。

“你可以發送 10 架無人機，但因為它們可以自己飛行，所以你不需要一個超級熟練的作員來控制每架無人機，”KrattWorks 的 Karmin 指出，他密切關注烏克蘭的技術發展，同時具有專業興趣、個人同理心和不祥的預感。他很少有一天不考慮俄羅斯在愛沙尼亞東部邊境附近不斷擴大的軍事存在。

“我們在愛沙尼亞的人不多，”他說。“我們永遠不會有足夠的熟練無人機飛行員。我們必須找到另一種方法。